考點(diǎn)3開放性實驗設(shè)計與評價1實驗設(shè)計的一般流程2“三步法”書寫實驗步驟(1)材料分組編號選材的句式：“選取年齡、性別相同，健康且發(fā)育狀況相同的同種動物”或“選取長勢相同、大小相似的同種植物”等。分組的句式：“隨機(jī)均分(或等分)為X組”。編號的句式：“編號為A、B組”或“編號為甲、乙組”。(2)對實驗組與對照組施以不同的處理(控制變量)實驗組“用適量的某溶液”處理，對照組“用等量的蒸餾水(或生理鹽水或清水)”處理，且“每組都在相同且適宜的條件下培養(yǎng)(或飼養(yǎng))”或“觀察相同的時間”。(3)實驗結(jié)果的觀察與記錄“一段時間后，觀察(現(xiàn)象)或測量(數(shù)據(jù))，做好記錄(并計算出平均值)”。3實驗結(jié)果和結(jié)論的表達(dá)(1)探究性實驗結(jié)果的預(yù)測大多有三種可能：變量促進(jìn)結(jié)果、變量抑制結(jié)果、變量與結(jié)果無關(guān)。實驗結(jié)論要根據(jù)可能的實驗結(jié)果進(jìn)行分析，探究性實驗的每一個結(jié)果和結(jié)論一般都用“如果(若)就(則)”來描述。(2)驗證性實驗的結(jié)果與相應(yīng)結(jié)論只需考慮一種情況，即實驗結(jié)論對應(yīng)“實驗?zāi)康摹钡贸隹隙ńY(jié)論。4組織答案需注意的問題實驗操作細(xì)節(jié)的設(shè)計要合理規(guī)范、切實可行、言簡意賅。書面表達(dá)是解答實驗設(shè)計題最關(guān)鍵的部分，在書寫實驗步驟時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)步驟設(shè)計一般不宜連續(xù)描述，而是分段敘述，并加以編號。(2)為使敘述更簡潔，對試管、燒杯等一般要加以分組、編號，如A、B或甲、乙等。(3)敘述中盡量用規(guī)范的實驗術(shù)語，不能用含糊的口語，如“等量”不宜說成“一樣多”等。(4)一般在時間、溫度、物質(zhì)的量上難以做到準(zhǔn)確的量化表達(dá)，盡可能用“相同”“適宜”或“適量”等“定性”的語言表達(dá)。(5)實驗設(shè)計中適時出現(xiàn)“其他培養(yǎng)條件相同”或“培養(yǎng)一段相同時間后”等都是很好的得分點(diǎn)。(6)題目給出的實驗材料和試劑一般應(yīng)充分利用，除非題目條件允許，否則不能自己隨意增減實驗材料和試劑。1(2018·濟(jì)南三模)下列有關(guān)驗證實驗的設(shè)計不合理的是()選項探究實驗題目實驗設(shè)計思路A驗證滲透作用發(fā)生需要半透膜B驗證成熟植物細(xì)胞的死活待測細(xì)胞蔗糖溶液C驗證酶具有催化作用D驗證細(xì)胞膜具有選擇透過性用發(fā)綠色熒光和紅色熒光的染料分別標(biāo)記小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)分子，將小鼠細(xì)胞和人細(xì)胞融合。結(jié)果：兩種細(xì)胞融合后，兩種顏色的熒光均勻分布答案D解析用熒光染料標(biāo)記是驗證細(xì)胞膜上蛋白質(zhì)分子具有流動性，不是驗證細(xì)胞膜具有選擇透過性，D錯誤。方法技巧五個角度評價實驗設(shè)計一看“對照”：若無對照，則參照實驗組補(bǔ)充對照組；若有對照，則看對照是否有標(biāo)記、是否遵循單一變量原則和等量原則。二看“步驟”：順序是否合理，步驟是否完整。三看“材料”：材料選擇是否合適，實驗儀器、藥劑的使用是否準(zhǔn)確。四看“條件”：是否需要攪拌、冷卻等，溫度、光照等條件是否合理。五看“結(jié)果與結(jié)論”：實驗?zāi)康氖欠衽c實驗結(jié)果、結(jié)論對應(yīng)，探究性實驗的結(jié)果和結(jié)論是否討論全面，是否為先寫結(jié)果后寫結(jié)論。2某學(xué)校生物興趣小組擬探究添加皮革蛋白粉的飼料對動物生長發(fā)育的影響作用。若你是該小組成員，請完善下列實驗過程：(1)實驗材料和用具：大鼠若干只，普通飼料，添加皮革蛋白粉的飼料，其他所需條件均滿足。(2)實驗?zāi)康模禾骄刻砑悠じ锏鞍追鄣娘暳蠈游锷L發(fā)育是否有影響。(3)實驗步驟：選_的大鼠若干，隨機(jī)均分為A、B兩組，分籠飼養(yǎng)。A組鼠每天都飼喂適量普通飼料，B組鼠飼喂_。在相同且適宜的條件下飼養(yǎng)相同的一段時間。檢查大鼠的生長發(fā)育狀況，統(tǒng)計各組大鼠體重和發(fā)育狀況。(4)請你預(yù)測該實驗的實驗結(jié)果并作出相應(yīng)的合理分析(至少寫出三種情況)：_。_。_。答案(3)身體健康、發(fā)育正常、體重相同、同一性別等量的添加皮革蛋白粉的飼料(4)A、B兩組大鼠體重基本相等，發(fā)育狀況相同，說明添加皮革蛋白粉的飼料對動物生長發(fā)育沒有影響若A組大鼠體重大于B組大鼠體重，且A組大鼠的生長發(fā)育狀況比B組大鼠好，說明添加皮革蛋白粉的飼料對動物生長發(fā)育有抑制作用若A組大鼠體重小于B組大鼠體重，且A組大鼠的生長發(fā)育狀況比B組大鼠差，說明添加皮革蛋白粉的飼料對動物生長發(fā)育有促進(jìn)作用解析該實驗的目的是探究添加皮革蛋白粉的飼料對動物的生長發(fā)育是否有影響，因此實驗的自變量是動物的飼料是否添加皮革蛋白粉，因變量是大鼠的體重、生長發(fā)育狀況，實驗鼠的初始體重、生長發(fā)育狀況、飼料用量、飼養(yǎng)條件和時間等屬于無關(guān)變量，無關(guān)變量應(yīng)保持一致且適宜。由于該實驗是探究性實驗，皮革蛋白粉對動物生長發(fā)育可能有促進(jìn)作用，可能有抑制作用，也可能對動物的生長發(fā)育無影響，預(yù)期結(jié)果時應(yīng)考慮全面。3(2018·綿陽模擬)某多年生植物(2n10)莖的高度由一對等位基因(E和e)控制。研究發(fā)現(xiàn)：莖的高度與顯性基因E的個數(shù)有關(guān)(EE為高稈、Ee為中稈、ee為矮稈)，并且染色體缺失會引起花粉不育。育種工作者將一正常純合高稈植株(甲)在花蕾期用射線照射后，讓其自交，發(fā)現(xiàn)子代有幾株中稈植株(乙)，其他均為高稈植株。子代植株(乙)出現(xiàn)的原因有三種假設(shè)：假設(shè)一：僅由環(huán)境因素引起；假設(shè)二：射線照射植株(甲)導(dǎo)致其發(fā)生了隱性突變；假設(shè)三：射線照射植株(甲)導(dǎo)致一個染色體上含有顯性基因的片段丟失。(1)射線照射花蕾期的植株(甲)后，植株葉芽細(xì)胞和生殖細(xì)胞均發(fā)生了突變，但在自然條件下，葉芽細(xì)胞突變對子代的性狀幾乎無影響，其原因是_。(2)現(xiàn)欲確定哪個假設(shè)正確，請說明實驗思路并預(yù)期實驗結(jié)果及結(jié)論：實驗思路：_。實驗結(jié)果及結(jié)論：_。答案(1)突變發(fā)生在體細(xì)胞中(體細(xì)胞突變)，一般不能遺傳給子代(2)將中稈植株(乙)在環(huán)境條件相同且適宜的自然條件下單株種植，并嚴(yán)格自交，觀察并統(tǒng)計子代的表現(xiàn)型及比例若子代性狀全為高稈，則假設(shè)一正確；若子代性狀高稈中稈矮稈121，則假設(shè)二正確；若子代性狀高稈中稈11，則假設(shè)三正確解析(1)葉芽細(xì)胞屬于體細(xì)胞，而體細(xì)胞突變一般不遺傳給子代，因此植株葉芽細(xì)胞突變對子代的性狀幾乎無影響。(2)探究中稈植株出現(xiàn)的原因，應(yīng)利用該植株進(jìn)行實驗，可將中稈植株(乙)在環(huán)境條件相同且適宜的自然條件下單株種植，并嚴(yán)格自交，觀察并統(tǒng)計子代的表現(xiàn)型及比例。若假設(shè)一正確，該變異僅由環(huán)境因素引起，則該植株的基因型為EE，自交子代都表現(xiàn)為高稈；若假設(shè)二正確，射線照射植株(甲)導(dǎo)致其發(fā)生了隱性突變，則該植株的基因型為Ee，自交后代的基因型及比例為EEEeee121，即子代表現(xiàn)型及比例為高稈中稈矮稈121；若假設(shè)三正確，射線照射植株(甲)導(dǎo)致一個染色體上含有顯性基因的片段丟失，用O表示，則該植株的基因型為EO，由于染色體缺失會引起花粉不育，則其自交后代的基因型及比例為EEEO11，即子代表現(xiàn)型及比例為高稈中稈11。4(2018·長沙二模)為探究生長素和赤霉素對豌豆莖節(jié)間切段生長的影響，某同學(xué)設(shè)計了如圖所示的實驗，圖1實驗操作科學(xué)無誤，圖2為實驗結(jié)果，該同學(xué)根據(jù)實驗結(jié)果得出了生長素和赤霉素在促進(jìn)豌豆莖節(jié)間切段生長方面具有協(xié)同作用的結(jié)論。請回答下列問題：(1)根據(jù)實驗結(jié)果分析，該同學(xué)的實驗結(jié)論_(填“一定”或“不一定”)成立。作出該判斷的理由是_。(2)根據(jù)生長素的作用具有兩重性的特點(diǎn)，該同學(xué)又提出“赤霉素對豌豆莖節(jié)間切段生長的作用也具有兩重性”的假說。請寫出驗證該假說的簡單實驗設(shè)計思路和支持該假說的預(yù)期實驗結(jié)果：實驗設(shè)計思路：_。支持該假說的預(yù)期實驗結(jié)果：_。答案(1)不一定缺少不加激素處理的對照組，不能確定這兩種激素對豌豆莖切段生長都起促進(jìn)作用(2)配制一系列濃度梯度的赤霉素溶液，分別用清水和所配制的赤霉素溶液處理長度和生長狀況相同的豌豆莖節(jié)間切段，在相同且適宜的條件下培養(yǎng)一段時間，測量并計算每組莖切段的平均長度較低濃度赤霉素溶液處理組莖切段的平均長度比清水處理組長，較高濃度赤霉素溶液處理組莖切段的平均長度比清水處理組短解析(1)實驗缺少不加赤霉素和生長素的對照組，因此不能確定這兩種激素對豌豆莖節(jié)間切段生長都起促進(jìn)作用。(2)兩重性是指低濃度促進(jìn)生長，高濃度抑制生長，要研究赤霉素對豌豆莖節(jié)間切段生長的作用也具有兩重性的假說，必須設(shè)置至少三組實驗，一組不加激素的對照組，另外兩組分別用高濃度的赤霉素溶液和低濃度的赤霉素溶液處理長度和生長狀況相同的豌豆莖節(jié)間切段，再通過測量并計算每組莖切段的平均長度，來驗證假設(shè)。因此實驗設(shè)計思路為配制一系列濃度梯度的赤霉素溶液，分別用清水和所配制的赤霉素溶液處理長度和生長狀況相同的豌豆莖節(jié)間切段，在相同且適宜的條件下培養(yǎng)一段時間，測量并計算每組莖切段的平均長度。如果假設(shè)成立，則能預(yù)測到：較低濃度赤霉素溶液處理組莖切段的平均長度比清水處理組長，較高濃度赤霉素溶液處理組莖切段的平均長度比清水處理組短。真題1(2017·全國，2) 下列關(guān)于細(xì)胞結(jié)構(gòu)與成分的敘述，錯誤的是()A細(xì)胞膜的完整性可用臺盼藍(lán)染色法進(jìn)行檢測B檢測氨基酸的含量可用雙縮脲試劑進(jìn)行顯色C若要觀察處于細(xì)胞分裂中期的染色體可用醋酸洋紅液染色D斐林試劑是含有Cu2的堿性溶液，可被葡萄糖還原成磚紅色題干信息信息推斷或結(jié)論細(xì)胞結(jié)構(gòu)指選項A中的細(xì)胞膜，選項C中的染色體；細(xì)胞成分指B項中的氨基酸和D項中的葡萄糖，結(jié)構(gòu)成分選錯誤的，即4個選項中3個正確、1個錯誤細(xì)胞膜的完整性能否用臺盼藍(lán)染色法檢測，強(qiáng)調(diào)二者的對應(yīng)關(guān)系氨基酸能否用雙縮脲試劑檢測顯色染色體可否用醋酸洋紅液染色斐林試劑中Cu2能否被葡萄糖還原而顯色解析用臺盼藍(lán)可鑒定細(xì)胞死活，被染色的細(xì)胞是死細(xì)胞，因為死細(xì)胞的細(xì)胞膜失去了對臺盼藍(lán)的選擇透過性，使得臺盼藍(lán)能進(jìn)入細(xì)胞而被染成藍(lán)色，如果細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)不完整，臺盼藍(lán)也能進(jìn)入細(xì)胞，故也能判斷細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的完整性，A正確；雙縮脲試劑是用來檢測蛋白質(zhì)中肽鍵的，因為氨基酸中沒有肽鍵，故不能檢測氨基酸的含量，B錯誤；若要觀察處于細(xì)胞分裂中期的染色體，可以用堿性染料醋酸洋紅液、龍膽紫溶液、改良苯酚品紅染液等試劑染色，C正確；斐林試劑是由0.1 g/mL的NaOH溶液與0.05 g/mL的CuSO4溶液等量混合配制而成，現(xiàn)配現(xiàn)用?？扇苄赃€原糖中含有的醛基或酮基具有弱還原性，在水浴加熱的條件下可與氫氧化銅發(fā)生氧化還原反應(yīng)，把Cu2還原成磚紅色的Cu2O(氧化亞銅)沉淀，D正確。答案B學(xué)科素養(yǎng)解讀體現(xiàn)了核心素養(yǎng)中的科學(xué)探究能力，注重教材實驗中相關(guān)探究方法，提升分析問題的能力。思維延伸判斷正誤：(1)使用顯微鏡觀察裝片，在10倍物鏡下觀察到的圖像清晰、柔和，若直接轉(zhuǎn)換至40倍物鏡觀察時，除調(diào)節(jié)細(xì)準(zhǔn)焦螺旋外，還需要調(diào)用凹面鏡(或調(diào)高亮度)、放大光圈(2013·上海，13改編)()(2)制作細(xì)胞的有絲分裂裝片時，洋蔥根尖解離后直接用龍膽紫溶液染色(2014·山東，4B)(×)(3)用顯微鏡觀察洋蔥根尖裝片時，需保持細(xì)胞活性以便觀察有絲分裂過程(2015·山東，3C)(×)(4)用光學(xué)顯微鏡可觀察到月季成熟的紫紅色葉表皮細(xì)胞染色體的形態(tài)和數(shù)目(2017·天津，5D改編)(×)(5)還原糖的鑒定實驗中隔水加熱時，試管中液體的液面應(yīng)低于燒杯中水的液面(2014·江蘇，22B)()(6)還原糖的鑒定實驗結(jié)束時將剩余的斐林試劑裝入棕色瓶，以便長期保存?zhèn)溆?2014·江蘇，22D)(×)(7)在葉綠體色素提取實驗中，在95%的乙醇中加入無水Na2CO3后可提高色素的溶解度(2013·重慶，3D)()(8)“利用雙縮脲試劑檢測生物組織中的蛋白質(zhì)和利用重鉻酸鉀檢測酵母菌培養(yǎng)液中的酒精”的實驗中為達(dá)到實驗?zāi)康?，必須在堿性條件下進(jìn)行(2015·天津，5AC)(×)(9)若探究溫度和pH對酶活性的影響，選用材料與試劑：前者為過氧化氫溶液、新鮮的肝臟研磨液，而后者為新制的蔗糖酶溶液、可溶性淀粉溶液、碘液(2013·江蘇，23AC改編)(×)(10)檢測酵母菌培養(yǎng)過程中是否產(chǎn)生CO2，可判斷其呼吸方式(2013·重慶，3C)(×)(11)對酵母菌計數(shù)時，用吸管吸取培養(yǎng)液滴滿血細(xì)胞計數(shù)板的計數(shù)室及其四周邊緣，輕輕蓋上蓋玻片后即可鏡檢(經(jīng)典高考題)(×)(12)用兩種不同濃度2,4D溶液分別處理月季插條形態(tài)學(xué)下端，觀察并比較扦插后的生根數(shù)，預(yù)期結(jié)果是低濃度2,4D處理的插條生根數(shù)總是更多(經(jīng)典高考題)(×)真題2(2017·全國，29)根據(jù)遺傳物質(zhì)的化學(xué)組成，可將病毒分為RNA病毒和DNA病毒兩種類型。有些病毒對人類健康會造成很大危害。通常，一種新病毒出現(xiàn)后需要確定該病毒的類型。假設(shè)在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換。請利用放射性同位素標(biāo)記的方法，以體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞等為材料，設(shè)計實驗以確定一種新病毒的類型。簡要寫出：(1)實驗思路；(2)預(yù)期實驗結(jié)果及結(jié)論即可。(要求：實驗包含可相互印證的甲、乙兩個組)題干信息信息推斷或結(jié)論根據(jù)遺傳物質(zhì)不同，將病毒分為DNA病毒和RNA病毒兩類實驗探究目的提示標(biāo)記特有堿基U和T設(shè)定方法，不能用其他方法實驗材料宿主細(xì)胞分兩組相互對照解析(1)明確探究的基本流程，如圖。(2)確定自變量和因變量依據(jù)圖中的“問題”和“假設(shè)”可確定甲、乙兩組要區(qū)別對待DNA和RNA。DNA和RNA的差異可以是五碳糖(DNA含脫氧核糖，RNA含核糖)，也可以是堿基(DNA含T，RNA含U)。但依據(jù)題干信息“放射性同位素標(biāo)記”“假設(shè)在宿主細(xì)胞內(nèi)不發(fā)生堿基之間的相互轉(zhuǎn)換”可確定甲、乙兩組的自變量為放射性同位素標(biāo)記的差異性堿基(一組標(biāo)記T，另一組標(biāo)記U)。依據(jù)教材所學(xué)知識，病毒必須寄生在宿主細(xì)胞內(nèi)才能完成唯一的生命活動增殖，所以標(biāo)記的堿基不能直接用于培養(yǎng)病毒，而應(yīng)該先培養(yǎng)宿主細(xì)胞，待標(biāo)記的堿基進(jìn)入宿主細(xì)胞之后，再用標(biāo)記的宿主細(xì)胞培養(yǎng)待測病毒。依據(jù)題干信息“體外培養(yǎng)的宿主細(xì)胞”，并結(jié)合教材中T2噬菌體侵染大腸桿菌的相關(guān)知識，可初步確定因變量的觀測指標(biāo)為子代病毒的放射性程度。(3)預(yù)期結(jié)果與假設(shè)的關(guān)系因為假設(shè)有兩個，因此預(yù)期結(jié)果要與兩個假設(shè)一一對應(yīng)，答題套路為：若證據(jù)(因變量的觀測指標(biāo)，即甲、乙兩組子代病毒的放射性程度)則假設(shè)1；若證據(jù)(因變量的觀測指標(biāo)，即甲、乙兩組子代病毒的放射性程度)則假設(shè)2。(4)組織語言，書寫答案由于實驗思路不過分關(guān)注操作細(xì)節(jié)，故不必回答具體用什么放射性元素標(biāo)記。套用前文所述的實驗思路答題套路：自變量因變量預(yù)期結(jié)果，考生的作答要與標(biāo)準(zhǔn)答案非常接近。答案(1)實驗思路：甲組：將宿主細(xì)胞培養(yǎng)在含放射性標(biāo)記尿嘧啶的培養(yǎng)基中，之后接種新病毒，培養(yǎng)一段時間后收集病毒并檢測其放射性。乙組：將宿主細(xì)胞培養(yǎng)在含放射性標(biāo)記胸腺嘧啶的培養(yǎng)基中，之后接種新病毒，培養(yǎng)一段時間后收集病毒并檢測其放射性。(2)實驗結(jié)果及結(jié)論：若甲組收集的病毒有放射性，乙組無，即為RNA病毒；反之為DNA病毒。學(xué)科素養(yǎng)解讀考查實驗探究能力，探究是一種科學(xué)的解決問題的方法。探究總是以問題為起點(diǎn)，有了問題之后，結(jié)合所學(xué)知識和生活經(jīng)驗對問題作出合理的解釋，這就是提出假說。假說是否正確則需要設(shè)計實驗方案并實施實驗方案來驗證。在還沒有實施實驗方案之前，首先要預(yù)測實驗結(jié)果，如果假設(shè)正確，那么實驗方案實施之后會出現(xiàn)什么結(jié)果，這個結(jié)果稱為實驗預(yù)期結(jié)果。實驗方案實施之后會得到一個真實的實驗結(jié)果，將實驗結(jié)果和預(yù)期結(jié)果做比較，就能判斷假設(shè)是否正確。如果實驗結(jié)果和預(yù)期結(jié)果相符，則結(jié)果支持假設(shè)，假設(shè)就是結(jié)論，結(jié)論是對問題的回答；如果實驗結(jié)果不支持假設(shè)，結(jié)論就是否定了假設(shè)。經(jīng)典再現(xiàn)(2017·全國，37節(jié)選)豆豉是大豆經(jīng)過發(fā)酵制成的一種食品。為了研究影響豆豉發(fā)酵效果的因素，某小組將等量的甲、乙兩菌種分別接入等量的A、B兩桶煮熟大豆中并混勻，再將兩者置于適宜條件下進(jìn)行發(fā)酵，并在32 h內(nèi)定期取樣觀測發(fā)酵效果?；卮鹣铝袉栴}：(1)該實驗的自變量是_、_。(2)如果在實驗后，發(fā)現(xiàn)32 h內(nèi)的發(fā)酵效果越來越好，且隨發(fā)酵時間呈直線上升關(guān)系，則無法確定發(fā)酵的最佳時間；若要確定最佳發(fā)酵時間，還需要做的事情是_。答案(1)菌種發(fā)酵時間(2)延長發(fā)酵時間，繼續(xù)觀測發(fā)酵效果，最好的發(fā)酵效果所對應(yīng)的時間即為最佳發(fā)酵時間解析(1)依據(jù)題干信息“甲、乙兩菌種分別接種”“定期取樣”，可確定自變量為菌種和發(fā)酵時間，因變量為發(fā)酵效果(具體檢測指標(biāo)未做要求)。(2)若32 h內(nèi)的發(fā)酵效果出現(xiàn)峰值，則峰值對應(yīng)的發(fā)酵時間為最佳發(fā)酵時間，否則應(yīng)延長發(fā)酵時間繼續(xù)測定發(fā)酵效果，直到發(fā)酵效果出現(xiàn)峰值。10